电力电子技术FAQ1

电力电子技术9．电力变换的类型。通常所用的电力有交流和直流两种。从公用电网直接得到的电力是交流的，从蓄电池和干电池得到的电力是直流的。不同的负载对电源有着不同的要求，从这些电源得到的电力往往不能直接满足要求，需要进行电力变换。电力变换的类型分为以下四种：AC/DC变换器：改变电压和频率，实现从交流到直流的变换功能的变流器，也称为整流器。DC/AC变换器：改变电压和频率，实现从直流到交流的变换功能的变流器，也称为逆变。AC/AC变换器：改变电压和频率，实现从交流到交流的变换功能的变流器，也称为周期变流器。DC/DC变换器：改变电压幅值的大小，实现从直流到直流变换功能的变流器，也称为直流斩波器。10．电力电子器件的评价标准是什么？随着电力电子器件的发展，其性能不断提高，评价器件的品质因素的标准也产生了相应的变化。70年代：主要标准是大容量，即电流乘以电压80年代：器件发展的主要目标是高频化，则评价标准为功率乘以频率90年代：器件发展的主要目标是高性能化，即大容量、高频率、易驱动、低功耗，则主要评价标准为容量、开关时间、驱动功率、通态压降、芯片利用率等。11．功率二极管与普通信号二极管有何区别？功率二极管工作电流较大，其电导调制效应不能忽略，且其引线和焊接电阻的压降也不能忽略；前者承受的电流变化率较大，故引线和器件本身的电感效应有较大影响；为了提高其反向耐压能力，功率二极管掺杂浓度低，造成其正向压降较大。12．GTO与普通晶闸管的不同之处是什么？在设计GTO器件时使得a较大，这样晶体管Q2控制灵敏，使得GTO易于关断；2)GTO导通时饱和程度不深，处于临界饱和状态，从而为门极控制关断提供了有利条件；3)GTO的多元集成结构使得门极和阴极之间横向电阻很小，从而使从门极抽出较大电流成为可13．有关晶闸管电流计算的问题。晶闸管是整流电路中用得比较多的一种电力电子器件，在进行有关晶闸管的电流计算时，针对实际流过晶闸管的不同电流波形，应根据电流有效值相等的原则选择计算公式，即允许流过晶闸管的实际电流有效值应等于额定电流IT对应的电流有效值。利用公式I=kfxId=1.57It进行晶闸管电流计算时，一般可解决两个方面的问题：一是已fd T知晶闸管的实际工作条件（包括流过的电流波形、幅值等），确定所要选用的晶闸管额定电流值；二是已知晶闸管的额定电流，根据实际工作情况，计算晶闸管的通流能力。前者属于选用晶闸管的问题，后者属于校核晶闸管的问题。1）计算与选择晶闸管的额定电流解决这类问题的方法是：首先从题目的已知条件中，找出实际通过晶闸管的电流波形或有关参数（如电流幅值、触发角等），据此算出通过晶闸管的实际电流有效值I,考虑（1.5〜2）倍的安全裕量，算得额定电流为IT=（1.5〜2）I/1.57,再根据IT值选择相近电流系列的晶闸管。2）校核或确定晶闸管的通流能力解决这类问题的方法是：由已知晶闸管的额定电流，计算出该管子允许通过的电流有效值。根据实际电流波形求出电流波形系数，算得晶闸管允许的实际电流平均值为Id=1.57It/kfd Tf（未考虑安全裕量时）。14．使晶闸管导通的条件是什么？晶闸管导通条件是：1）晶闸管阳极和阴极之间施加正向阳极电压；2）晶闸管门极和阴极之间必须加上适当的正向脉冲电压和电流。15．使晶闸管关断的条件是什么？在晶闸管导通后，门极就失去控制作用，欲使其关断，只需将流过晶闸管的电流减小到其维持电流以下，可采用阳极加反向电压、减小阳极电压或增大回路阻抗等方式。单相正弦交流电源，其电压有效值为220V，晶闸管和电阻串联相接，试计算晶闸管实际承受的正、反向电压最大值是多少？考虑2倍安全裕量，晶闸管的额定电压如何选取？晶闸管所承受的正、反向电压最大值为输入正弦交流电源电压的峰值：220<1=311V；考虑2倍安全裕量，则晶闸管额定电压不低于2X311=622V，可取为700V。有些晶闸管触发导通后，触发脉冲结束时它又关断是什么原因？因为流经晶闸管的电流小于其擎住电流。晶闸管导通后，流过晶闸管的电流大小取决于什么？晶闸管关断后，其承受的电压大小取决于什么？电流大小由外电路电源电压和回路阻抗决定；电压大小取决于外电路加在其两端的电压值。什么信号可用做晶闸管的门极触发信号？尖脉冲、强触发脉冲、矩形脉冲、宽脉冲等均可。

20．怎样用万用表区分晶闸管的三个电极？可用万用表测量晶闸管三个极间的电阻。管子阳极和阴极间的正反向电阻接近无穷大，而门极和阴极之间的正反向电阻均约为几百欧。21．螺栓式和平板式晶闸管与散热器之间是否拧得越紧越好？元件与散热器的接触越紧其散热效果越好。但螺栓式晶闸管与散热器之间若拧得过紧，底座与硅片之间将产生较大的应力，可能导致硅片损坏，因此在安装时不可拧得过紧。22．什么是波形分析法？整流电路的分析，通常采用波形分析法。所谓波形分析法，是指根据电源电压和控制角以及负载性质，作出负载电压、负载电流、整流元件的电压和电流等波形图，再由波形图推导出该电路基本电量的计算公式和数量关系。23．波形分析法具体的分析过程和步骤是怎样的？1）绘出主电路原理图，包括标明交流电压、各整流元件序号和负载性质。2）画出各相电压或线电压波形图，并确定整流元件的自然换相点。3）根据控制角在相应位置上绘出触发脉冲，并标明相应序号。4）根据可控整流电路的工作原理，绘出负载电压、负载电流、晶闸管电流以及晶闸管两端电压的波形，5）根据波形图推导出基本电量的计算公式。24．变压器漏抗对整流电路的影响是什么？通常整流电路输入端都接有整流变压器，由于整流变压器存在漏抗，在换相时，对整流电压波形将产生影响，不仅产生换相压降，而且使相电压和线电压波形出现缺口，造成电网电压发生畸变。25.接有续流二极管的单相半波可控整流电路，带大电感负载，R=5Q，变压器二次侧电压U亍220V。试计算当触发角a分别为30°和60°时，流过晶闸管和续流二极管中电流的平均值和有效值。解：1）当a=30°时,Ud=°・Ud=°・45Ui1+cosa2__=0.45x220x1+cos30°2=92.4VI=丄=924=18.5AdR5兀 a 180。 30。流过晶闸管的电流平均值为idT=古Id=f—x18・5=77A

流过晶闸管的电流有效值为IJ；巴二勺IJ；18°°一30°X18.5=16.9At\2kd\i 360。流过续流二极管的电流平均值为 I二上竺I=18°。+30。X18.5=10.8AdD2kd360。|冗 1180°+30°流过续流二极管的电流有效值为 I乞竺I七+30x18.5=14.1ADV2kdY 360°2）当a=60°时,1+cosa 1+cos60°U=0.45U =0.45x220x =74.3Vd122流过晶闸管的电流平均值为dT 2k d180°一60°x14.9流过晶闸管的电流平均值为dT 2k d180°一60°x14.9=5A360°流过晶闸管的电流有效值为,k-a2kJ■180°-60°X14.9=8.6A360流过续流二极管的电流平均值为k+adD 2k d180°+60°x14.9=9.9A360°流过续流二极管的电流有效值为匹竺I 更込x14.9=12.2A流过续流二极管的电流有效值为D 2k d 360°26．接有续流二极管的单相半波可控整流电路,带大电感负载,问在什么情况下,流过续流二极管的电流平均值大于流过晶闸管的电流平均值？要使IdD>IdT，由公式知，只需满足巴巴>上兰，即a>0°dDdT 2k 2k27．在单相桥式全控整流电路中，如果有一只晶闸管因为过流而烧成断路，该电路的工作情况将会如何？答：如果有一只晶闸管因为过流而烧成断路，则该单相桥式全控整流电路将作为单相半波可控整流电路工作。28．在单相桥式全控整流电路中，如果有一只晶闸管被烧成短路，该电路的工作情况将会如何？如果有一只晶闸管被烧成短路，则会引起其他晶闸管因对电源短路而烧毁，严重情况下甚至可能使整流变压器因过流而损坏。因此，在设计电路时，在变压器二次侧与晶闸管之间应串联快速熔断丝，起到过流保护的作用。29．单相桥式半控整流电路中续流二极管的作用是什么？续流二极管是为感性负载中电感储存的能量提供一条专门的释放回路，以避免发生一只晶闸管持续导通而两只二极管轮流导通的“失控现象”。30．单相桥式半控整流电路，在何种情况下，流过续流二极管的电流平均值大于流过晶闸管的电流平均值？由公式知，流过续流二极管的电流平均值I=-1,dD兀d兀一C流过晶闸管的电流平均值I=儿uITOC\o"1-5"\h\zdT 2兀d\o"CurrentDocument"u兀_a 兀要使IdD>IdT，则只需满足一> ，即«>一dDdT 兀 2兀 3单相全控桥式整流电路，带阻感负载，R=1Q,L值很大，即满足3L>>R,U2=100V,当a=600时，求：1） 作出输出电压ud、输出电流id、变压器二次侧电流i/勺波形；d d 22） 求整流输出平均电压Ud、电流Id和二次侧电流有效值I2；d d 23） 考虑两倍的安全裕量，选择晶闸管的额定电压和额定电流值。解：1）波形略2） U=0.9UCosa=0.9X100XCos60°=45Vd2I=U/R=45/1=45AddI=I=45A2d3） 晶闸管可能承受的最大电压为Utm=、迈U2=141V，考虑2倍安全裕量,其值为282V，选额定电压为300V的晶闸管流过晶闸管的电流有效值为IT=丄Id=31.82AT<2d考虑2倍安全裕量时晶闸管的平均电流为ITAV=2It/1.57=40.54A，选额定电流为50A的晶闸管采用时间比控制方式改变斩波器负载两端的平均电压，对斩波器触发脉冲的调制方法有哪几种？脉冲宽度调制；脉冲频率调制；调频调宽混合控制。根据调制脉冲的极性，SPWM的两种调制方式分别是什么？单极性和双极性调制。试说明晶闸管整流装置实现有源逆变的条件。1）变流电路直流侧应具有能提供逆变能量的直流电源电动势Ed，其极性应与晶闸管d的导电电流方向一致；2）变流电路输出的平均电压口^的极性必须为负，以保证与直流电源d电动势Ed构成同极性相连，即控制角a>90。，且满足IUd|>|Ed|。d d d35．试说明整流电路中整流变压器二次侧相电压U2选得过高或过低，将出现什么问题？2®整流电路中整流变压器二次侧相电压U2选得过高，则晶闸管运行时控制角过大，造成2®功率因数变坏，无功功率增大；选择过低，则有可能在最不利的运行情况下，即使晶闸管的控制角退到最小时，仍然不能达到负载要求的额定电压。36．单相半控桥整流电路带感性负载时，若该电路不接续流二极管，请对其可能发生的“失控”现象进行分析。单相半控桥整流电路带感性负载时，不接续流二极管，将可能发生失控现象。以晶闸管T1导通的情况为例，当交流电源电压在负半周时，负载电流通过T1和二极管D2续流，输出电压为零；当交流电源电压在正半周时，负载电流通过T1和二极管D4流通，输出电压为电源电压。即在一个周期内，晶闸管T1持续导通，二极管D1、D2轮流导通，输出电压波形为正弦半波。三相桥式全控整流电路带大电感负载时，以连接于A相的共阴极组晶闸管儿为例说明，在一个周期内，其承受电压的情况。耳导通期间，承受正向管压降("0)为120°；耳关断期间，分别承受线电压ub、u1 1 abac各120°。某单相可控整流电路，分别给阻性负载和蓄电池反电动势负载供电，在流过负载电流平均值相同的条件下，哪一种负载下晶闸管的额定电流应选大一些？为什么？反电动势负载时晶闸管额定电流应选大一些。因为反电动势负载时，晶闸管的导通角e比电阻性负载时小。反电动势负载的电流波形系数0比电阻负载时大。单相桥式可控整流电路，带一大电感对蓄电池充电，R=3Q，电感L足够大，U2=220V，反电动势E=60V。要保持充电电流为10A，估算此时的控制角a；该电路中晶闸管承受的最大电压是多少？解：1)U=0.9UCosad2Id=(Ud－E)/R=(0.9U2Cosa－E)/RCosa=(IdR+E)/(0.9U2)=(10x3+60)/(0.9x220)=0.445a=63°2)U=1.414x220=311V单相全控桥式整流电路，带阻感负载，R=5Q，L值很大，即满足3L>>R,U2=100V，当a=60o时，求：

1） 作出输出电压Ud、输出电流id、变压器二次侧电流i/勺波形；d d 22） 求整流输出平均电压Ud、电流Id和二次侧电流有效值I2；d d 23） 考虑两倍勺安全裕量，选择晶闸管勺额定电压和额定电流值。解：1）波形略2） U=0.9UCosa=0.9X100XCos60°=45Vd2I=U/R=45/5=9AddI2=Id=9A3） 晶闸管可能承受的最大电压为Utm^''2U2=141V，考虑2倍安全裕量,其值为282V，选额定电压为300V的晶闸管流过晶闸管的电流有效值为IT=丄»=6.363AT<2d考虑2倍安全裕量时晶闸管的平均电流为ITAV=2It/1.57=8.1A，选额定电流为10A的晶闸管单相全控桥式有源逆变电路，回路电阻R=1Q，平波电抗器Ld足够大，变压器二次电d压有效值U=220V,负载电动势E=-200V,当B=300时，求：2d1） 画出输出电压ud、流过晶闸管电流iT1的波形；d T12） 计算变流电路输出平均电压Ud、负载平均电流Id。dd解：1）波形略2)U=-0.9Ucos0=O.9x22Oxcos3O°=-171.5Vd2I=28.5Ad单相半波可控整流电路中，如晶闸管：1）不加触发脉冲；2）内部短路；3）内部断路，试分析晶闸管两端与负载电压波形。（1） 不加触发脉冲，uT为正弦波u2；ud=0。TOC\o"1-5"\h\zT 2d（2） 晶闸管内部短路，uT=0；ud为正弦波u2。T d 2（3） 晶闸管内部断路，uT为正弦波u2；ud=0。T 2d教材P121:习题2.2续流二极管Dr断路，使输出电压波形ud出现负面积部分，则输出电压很低。Rd教材P121:习题2.3在触发角a和负载电流平均值Id相同的条件下，反电动势负载时晶闸管额定电流应选得d大一些。因为反电动势负载时，晶闸管导通的条件除了门极需要触发脉冲外，还必须满足电源电压瞬时值大于反电动势E的值，所以其导通角8比电阻性负载时小。因此，在平均电流值Id相同时，反电动势负载的电流波形系数Kf比电阻性负载时大，则晶闸管的额定电流dfTAVK5d］就应选大一些。1.5745.教材P121:习题2.4Ud=°・45U(1+cosa)a=60。Ud=°・45U(1+cosa)a=60。cosa= d 1= —1=0.5150.45U 0.45x2202。二兀—a二120°75=3.75020dId迴:土3+sin /3)=37a3.75I 2兀 4兀_2I^TAV-1.572x37157=47AU=2远U=440*2=622VM 246.教材P121:习题2.5(1)当U2=220V时应选额定电流为50A的晶闸管应选额定电压为700V的晶闸管Ud=0・Ud=0・45U2cosamin2U i2x24idmax—1= —1=—0.5150.45U 0.45x2202a =60。min0 =k—a =120。max minsin2a+—4k空三sin2a+—4k空三ZF应=57A1.2I' 2k 4kI=I=—= =37ATAV1.57 1.57U=、2u=220、2=311VM 2应选额定电流为50A的晶闸管应选额定电压为400V的晶闸管P I2Rcos申= =SUI22P I2Rcos申= =SUI22IR=57x1.2U=2202S=UI=UI=220x57=12.54Kw222(2)当U2=65V时cosamin2U 2x24dmax1= —1=0.6410.45U 0.45x652a =50。min0 =k—a =130。max minUk-a sin2a2+R.2k 4Uk-a sin2a2+R.2k 4k1.2I' 2兀 4兀应选额定电流为30A的晶闸管UMUM+勿2=65迁=92V应选额定电压为100V的晶闸管P I2R IR 36x1.2cos申= = = = =0.66SUI U65222S=U212=U21=65X36=2-34KW47.教材P121:习题2.61）当a=30°时,U=0.45U1+C0Sa=0.45x220x1+cos30。d 1 2流过晶闸管的电流平均值为”123='"A流过晶闸管的电流有效值为：18°。一30。X12.3流过晶闸管的电流平均值为”123='"A流过晶闸管的电流有效值为：18°。一30。X12.3=7.9A360。流过续流二极管的电流平均值为兀+adD 2兀 d180。+30。X12.3=7.2A360。流过续流二极管的电流有效值为乏,Wx12.3=9.4Ad 360。2）当a=60°时,U=0.45U =0.45x220x =74.3Vd 1 2=U=出=9.9AdR7.5流过晶闸管的电流平均值为昭x9.9二3.3A流过晶闸管的电流有效值为，兀-a\ 2兀J流过晶闸管的电流平均值为昭x9.9二3.3A流过晶闸管的电流有效值为，兀-a\ 2兀J:叵墜x9.9=5.7A360。流过续流二极管的电流平均值为兀+adD 2兀 d180。+60。x9.9=6.6A流过续流二极管的电流有效值为180。+60°X9.9=8.1A兀I仃 兀_a3）要使IdD>IdT，由公式知，只需满足>，即a>0°dDdT 2兀 2兀48.教材P121:习题2.71)1)rUIrUI=d=

dR(3)I=IT V2d171.5=85.7A285.7 “a人60.6AId=85-7A_21^TAV-1.57晋=77-AU=2^2U=440_21^TAV-1.57晋=77-AU=2^2U=440迈=622VM 249.教材P121:习题2.8(1)U=IR=25x4=100V

dmaxdmax应选额定电流为100A的晶闸管应选额定电压为700V的晶闸管Ud=0.9UU2一0.9x(12U 2x100dmax \ \+cosa 0.9x\1+cos0°丿min=111V2U2220111(2)当a=0。时I=—!nIsin®td4)=2,dI"Gsin①t》dCot)=Im''2k0m 2"I=1.11I=1.11x25=I=1.11I=1.11x25=27.75AdT2v2TAV―T-1.5719.63TAV―T-1.5719.631.57=12.5AU=<2U=11K2=157VM 2(3)S=U212=U=111x27-75=3.°8KW(4)P=UI=12R=27.752x4=3.08KW« P3.08[5)cos申= = =1S3.0850.教材P121:习题2.10(1)当a=30。时Ud=1.Ud=1.17U2C0SaU2Udmax 1.17cosamin2201.17xcos30o217VRR=竹=型=0.550I400dS2昇+S2昇+寻cos2a=03525217-1 3+ cos60o=250A=U2I2=217x250=54.3KW=I=250AT2=I=250AT2I=I?=兰0=159ATAV1.571.57(2)当a=0°时UM=217^6=532VU=dmax = =188V21.17cosa 1.17xcos0omin=+亘cos2a=避1+叵cos。。一235AR\34k 0.55\34冗S2S2=UI=188x235=44.1KW2251.教材P121:习题51.教材P121:习题2.11⑴Ud=1.17U2cosa=1.17x110xCOS60O=64.35VTTU-E64.35-30 __n.I=I=d= =2.29AdRI2.29I=f= =1.32Aa、洛V3波形图见教材P71：图2.1952.教材P121:习题2.1315⑴Ud=⑴Ud=2・34U2C0SaU2dmax 2.34cosamin筈=94V⑵宀⑵宀=弓=55AT七€=31.76AI=t= =20.2A Uk6u=94\6=230VTAV1.57 1.57 M2I=、/2=31.76.2=44.9A2 TS=3UI=3x94x44.9=12.66KW22253．当带大电感负载时，单相半波可控整流电路与单相半控桥式整流电路都接有续流二极管这两只续流二极管的作用是否相同？为什么？这两只二极管的作用不完全相同。前者用于为电感储存能量的释放提供一条续流支路，使得输出电压波形不会出现负面积，该整流电路才能正常工作；而后者电路本身具有续流回路，在负载侧并联续流二极管主要是为了避免运行中发生失控现象。54．试列举四种可能造成有源逆变失败的原因，并说明确定最小逆变角的3个因素。原因：触发电路工作不可靠；晶闸管出现故障；交流电源失常；换相时间不足。最小逆变角要考虑：换相重叠角Y、晶闸管关断时间对应的电角度§、安全裕量角0o55．什么是逆变失败？变流器工作在逆变状态时，由于某种原因发生换相失败，使得变流器输出的直流电压Udd的极性反向，且与直流侧直流电源电动势Ed形成顺向串联，导致短路的情况称为逆变失败。d56•在使用晶闸管时，为什么要考虑其断态电压上升率du/dt和通态电流上升率di/dt?在晶闸管断态时，若其承受的du/dt过大，可能造成晶闸管误导通；而在晶闸管开通时，若其电流上升率di/dt过大，超过允许范围后，可能导致晶闸管局部过热而损坏。57•在单相全控桥式整流电路中，若U2=220V,Ed=-100V，当卩=30。时，能否实现有源逆变？为什么？U=-0.9Ucos卩=-0.9x220xcos30°=T71.5V IE|=100V<171.5V=IUId 2 d d此时不能实现有源逆变。常用于晶闸管过电流保护的电器有哪些？快速熔断器、快速开关和过流继电器。什么是失控现象？整流电路工作过程中出现的一只晶闸管直通，另外两只(或以上)二极管轮流导通的异常情况称为失控现象。晶闸管变流器主电路对触发电路有什么要求？触发信号应具备足够大的触发功率；触发脉冲应具有一定的宽度，且前沿尽可能陡；触发脉冲必须与主电路同步；触发脉冲的相位可以按要求移动。全控型开关器件的缓冲电路的主要作用是什么？开关器件关断时，由于电感的存在，会在器件上产生很高的过电压和du/dt；给器件的安全运行带来很大的威胁，特别是GTR,可能造成反向偏置二次击穿；为防止过电压和减小du/dt,常设置缓冲电路。什么是擎住电流？晶闸管加上触发信号后，从阻断状态刚转为导通状态时就撤除触发信号，仍能维持其通态所需要的最小阳极电流称为擎住电流。什么是无源逆变？将直流电转换成某一频率或可调频率的交流电，并直接提供给交流用电负载的过程称为无源逆变。什么是整流？它是利用功率二极管和晶闸管的什么特性来实现的？将交流电能转换成固定或大小可调的直流电能供给直流用电设备的过程称为整流。它是利用功率二极管和晶闸管的单向导电性来实现的。65．导通角不同，电流的波形不一样，如何来选择晶闸管的电流容量？按照有效值相同的原则来选择晶闸管的额定电流。66．门极断路时，晶闸管承受正向阳极电压，它会导通吗？若真的导通，是什么情况？可能会导通。当加在晶闸管上的正向阳极电压过大时，晶闸管会在无门极触发脉冲的情况下发生“误导通”。67．在什么情况下，晶闸管会在门极无触发脉冲时导通？阳极电压升高至相当高的数值造成雪崩效应时；阳极电压上升率过高；器件结温较高；光直接照射硅片。68．晶闸管直流电动机系统中，串联平波电抗器的意义是什么？利用电感的储能作用来平衡电流的脉动和延长晶闸管的导通时间。69．晶闸管直流电动机系统中，平波电抗器电感量的选择原则是什么？在最小的负载电流时，保证电流连续。70．为防止逆变失败可采取哪些有效措施？正确选择晶闸管参数和缓冲保护电路；正确设计稳定可靠的触发电路；设置完善的系统保护装置。71．大型同步发电机励磁系统在“励磁”和“灭磁”两种工况下，变流器的工作状态和能量流向是怎样的？“励磁”时，变流器工作在整流状态下，交流电网提供能量给发电机励磁绕组进行励磁“灭磁”时，变流器工作在有源逆变状态下，励磁绕组中储存